化學(xué)工藝過程

化學(xué)工藝過程1第一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日本節(jié)主要內(nèi)容一、常用基本化學(xué)方程式二、電池片生產(chǎn)工藝中的主要化學(xué)方程式三、半導(dǎo)體安全基本知識2第二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日電池片生產(chǎn)工藝中的主要化學(xué)方程式存在于下列工序：1一次清洗工藝1.1去除硅片損傷層1.2制絨面1.3HF酸去除SiO2層1.4HCl酸去除金屬離子2擴散過程中磷硅玻璃的形成3等離子刻蝕工藝4二次清洗工藝5PECVD工藝3第三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日常用基本化學(xué)方程式化學(xué)反應(yīng)過程是參加反應(yīng)各物質(zhì)(反應(yīng)物)的原子重新組合生成新物質(zhì)(生成物)的過程，化學(xué)方程式是化學(xué)反應(yīng)簡明的表達形式。它從“質(zhì)”和“量”兩個方面表達了化學(xué)反應(yīng)的意義。(1)“質(zhì)”的含義

:表示什么物質(zhì)參加了反應(yīng)，生成了什么物質(zhì)以及反應(yīng)是在什么條件下進行的。(2)“量”的含義

:從宏觀看，表示了各反應(yīng)物、生成物間的質(zhì)量比。如果反應(yīng)物都是氣體，還能表示它們在反應(yīng)時的體積比。從微觀看，如果各反應(yīng)物、生成物都是由分子構(gòu)成的，那么化學(xué)方程式還表示各反應(yīng)物、生成物間的分子個數(shù)比。4第四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日舉例：例如，化學(xué)方程式：

2H2+O2=2H2O43236“質(zhì)”的含義：經(jīng)點燃，氫氣跟氧氣反應(yīng)生成水?！傲俊钡暮x：從宏觀看，每4份質(zhì)量的氫氣跟32份質(zhì)量的氧氣反應(yīng)生成36份質(zhì)量的水，即氫氣跟氧氣反應(yīng)時的質(zhì)量比為1:8，從微觀看，氫氣、氧氣和水都是由分子構(gòu)成的，因此，這個化學(xué)方程式還表示了每2個氫分子跟1個氧分子反應(yīng)生成了2個水分子。5第五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日常用基本化學(xué)方程式化學(xué)方程式遵守質(zhì)量守恒定律，主要包括以下三方面：

化學(xué)反應(yīng)前后各元素的原子個數(shù)守恒。化學(xué)反應(yīng)前后各元素的質(zhì)量守恒。化學(xué)反應(yīng)前后各物質(zhì)質(zhì)量總和守恒

6第六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日書寫化學(xué)方程式的三個步驟：（1）依據(jù)實驗事實，把反應(yīng)物的化學(xué)式寫在左邊，生成物的化學(xué)式寫在右邊，反應(yīng)物與生成物之間用一條短線相連。（2）根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在反應(yīng)物、生成物的化學(xué)式前配上適當(dāng)?shù)南禂?shù)，使式子左、右兩邊的每一種元素的原子總數(shù)相等，這個過程叫做化學(xué)方程式的配平。（3）要在化學(xué)方程式中注明反應(yīng)發(fā)生的基本條件，用“↓”表示生成物中的沉淀，用“↑”表示生成物中的氣體。7第七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日一次清洗工藝去除硅片損傷層：

Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑28801224計算：對125*125的單晶硅片來說，假設(shè)硅片表面每邊去除10um，兩邊共去除20um，則每片去除的硅的重量為：△g=12.5*12.5*0.002*2.33=0.728g。（硅的密度為2.33g/cm3）設(shè)每片消耗的NaOH為X克，生成的硅酸鈉和氫氣分別為Y和Z克，根據(jù)化學(xué)方程式有：

28：80=0.728：ＸＸ=2.08g

28：122=0.728：YY=3.172g28：4=0.728：ZZ=0.104g8第八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日一次清洗工藝制絨面：

Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2

↑28801224

由于在制絨面的過程中，產(chǎn)生氫氣得很容易附著在硅片表面，從而造成絨面的不連續(xù)性，所以要在溶液中加入異丙醇作為消泡劑以助氫氣釋放。另外在絨面制備開始階段，為了防止硅片腐蝕太快，有可能引起點腐蝕，容易形成拋光腐蝕，所以要在開始階段加入少量的硅酸鈉以減緩對硅片的腐蝕。9第九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日一次清洗工藝

HF酸去除SiO2層在前序的清洗過程中硅片表面不可避免的形成了一層很薄的SiO2層，用HF酸把這層SiO2去除掉。

SiO2+6HF=H2[SiF6]+2H2O10第十頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日一次清洗工藝HCl酸去除一些金屬離子，鹽酸具有酸和絡(luò)合劑的雙重作用，氯離子能與Pt2+、Au3+、Ag+、Cu+、Cd2+、Hg2+等金屬離子形成可溶于水的絡(luò)合物。11第十一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日擴散過程中磷硅玻璃的形成擴散過程中磷硅玻璃的形成：

Si+O2＝SiO2

5POCl3

＝3PCl5+P2O5（600℃）三氯氧磷分解時的副產(chǎn)物PCl5，是不容易分解的，對硅片有腐蝕作用，但是在有氧氣的條件下，可發(fā)生以下反應(yīng)：

４PCl5+5O2＝2P2O5+10Cl2↑(高溫條件下)磷硅玻璃的主要組成：小部分P2O5，其他是２SiO2·P2O5或SiO2·P2O5。這三種成分分散在二氧化硅中。在較高溫度的時候，P2O5作為磷源和Si反應(yīng)生成磷，反應(yīng)如下：2P2O5+5Si=5SiO2+4P在擴散工藝中，三氯乙烷用于爐管清洗，三氯乙烷的燃燒（分解）的產(chǎn)物有：光氣、一氧化碳、二氧化碳和氯化氫等。12第十二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日等離子刻蝕工藝

所謂等離子體就是由帶電的正、負電荷的粒子組成的氣體，正負電荷數(shù)相等，其凈電荷相等。等離子刻蝕所用的等離子體，是輝光放電形成的“電離態(tài)”氣體，其中包括正離子、負離子、電子、中性原子、分子及化學(xué)上活潑的自由基，這種“電離態(tài)”的氣體是在向氣體系統(tǒng)中施加足以引起電離的高能電場條件下產(chǎn)生的。在我們的工藝中，是用CF4來刻蝕擴散后的硅片，其刻蝕原理如下：

CF4CFx*+(4-x)F*(x≤3)Si+4F*SiF4↑SiO2+4F*SiF4+O2↑

Si和SiO2在CF4等離子體中的刻蝕速率是很低的，因為在純的CF4等離子體中，這些過程的刻蝕速率受制于較低的F*濃度，因此刻蝕效率較低，如果在其中加入O2，Si和SiO2的刻蝕速率會增加，加入O2之后，反應(yīng)室中產(chǎn)生了COF2，CO及CO2而消耗了CFx*自由基，于是減少了F*消耗量，結(jié)果F*濃度增大，相應(yīng)的刻蝕速率也增大。選擇適當(dāng)?shù)腃F4和O2的比例，會得到良好的刻蝕效果。13第十三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日二次清洗工藝

由于在擴散以后在硅片表面形成了一層磷硅玻璃，主要成分還是二氧化硅。因此為了形成良好的歐姆接觸，減少光的反射，在沉積減反射膜后續(xù)工藝之前，必須用HF酸把磷硅玻璃腐蝕掉。

SiO2+6HF=H2[SiF6]+2H2O

由于這個反應(yīng)太快，不便于控制，因此不能單獨用氫氟作為腐蝕劑。根據(jù)化學(xué)平衡原理，減小氫氟酸的濃度和氫離子濃度，可以降低腐蝕速度。所以要在氫氟酸的溶液中加入氟化銨溶液，以減少氫氟酸的濃度和氫離子的濃度，從而減緩氫氟酸對SiO2的腐蝕速度。其原因：1.氟化銨是一種弱酸和弱堿組成的鹽，由于它在水中可以電離為銨離子和氟離子，溶液中大量的氟離子的存在使氫氟酸在溶液中的電離平衡HF=H++F–向左移動。

14第十四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日二次清洗工藝（續(xù)）2.氟化銨能與氫氟酸結(jié)合生成絡(luò)合物氟氫化銨NH4[HF2]，從而減低了氫氟酸的濃度。

HF+NH4F=NH4[HF2]

當(dāng)氫氟酸和二氧化硅作用時，氫氟酸濃度因消耗而減少，這時氟氫化銨NH4[HF2]就電離生成氫氟酸，繼續(xù)補充氫氟酸，使氫氟酸的濃度基本上保持不變，同時氫離子濃度變化不大，從而使腐蝕過程保持一定的較低速度。

3.由于反應(yīng)生成的六氟硅酸H2[SiF6]是一種強酸，在溶液中全部電離。隨著反應(yīng)地進行，氫離子的濃度不斷增加，就不斷增加反應(yīng)速度。加入氟化銨以后，在反應(yīng)中就不能生成六氟硅酸，而是生成六氟硅酸銨，使氫離子濃度不會隨反應(yīng)而增加。15第十五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日

PECVD工藝為了進一步減少入射光的損失，在硅片上沉積一層氮化硅薄膜。

3SiH4+4NH3=Si3N4+12H23SiH4+2N2=Si3N4+6H216第十六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日三、半導(dǎo)體安全基本知識半導(dǎo)體廠的安全衛(wèi)生問題半導(dǎo)體廠常見的潛在危害可分為三大類：

(一).化學(xué)物質(zhì)危害

半導(dǎo)體工藝非常繁雜，使用的危險化學(xué)品也相當(dāng)多，包括強酸、強堿、腐蝕性有機溶劑、有毒氣體、自燃氣體、或窒息氣體等，如果這些危險化學(xué)物質(zhì)泄漏出來，接觸到人體會造成很大的傷害；也有可能因為這些物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)變化，造成火災(zāi)爆炸等重大意外事故。危害性氣體根據(jù)危害特征，半導(dǎo)體工藝中使用的氣體分為以下四類：有毒、易腐蝕、易燃和自然性氣體，有毒氣體是指對人體生命有危害的氣體，腐蝕性氣體接觸時會損毀生命組織和設(shè)備，易燃氣體則為暴露于火星、明火和其他燃燒源時易被引燃的氣體，如氫氣。54℃以下在空氣中易自然的物質(zhì)為自然性氣體。危害性氣體的毒性等級是以規(guī)定的時間內(nèi)人體暴露在其中卻不會受到健康傷害的最高濃度來量化的。允許暴露的程度越低，毒性越大。17第十七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日半導(dǎo)體安全基本知識危害性化學(xué)品半導(dǎo)體制造中，有許多液體化學(xué)品是危險的腐蝕性物質(zhì)，處理腐蝕性化學(xué)品時，則必須穿戴上防護鏡和身體防護設(shè)施，為了防止吸入腐蝕性化學(xué)品的蒸汽，必須在通風(fēng)櫥中進行操作，儲存化學(xué)品時必須特別小心，例如，HF必須保存在塑料容器中，因為它會腐蝕玻璃。所有員工必須知道最近的眼睛沖洗器處。因為大多數(shù)溶劑會揮發(fā)出有害蒸氣，而且許多是易燃的，所以防止暴露和吸入溶劑蒸氣的眼部和身體防護設(shè)施也是必不可少的。溶劑必須保存在易燃物質(zhì)儲存柜中，遠離明火、火星和熱源。處理廢溶劑時要將它們放置在廢溶劑容器中。注意要特別小心，不能將廢酸和廢溶劑混合在一起，防止發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)。

18第十八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日半導(dǎo)體安全基本知識(二).幅射和靜電危害

在半導(dǎo)體工藝中所用的一些設(shè)備單元，例如PECVD微波源、蝕刻機RF產(chǎn)生器等皆有潛在產(chǎn)生游離或非游離幅射的危害。如果防護措施沒做好，使人體曝露在輻射中過量，即會傷害到人體。游離幅射對曝露的人體具有傷害細胞效應(yīng)，而非游離幅射會造成眼睛與皮膚傷害，還可能引起令人惡厭的電效應(yīng)干擾重要設(shè)備的功能操作，或發(fā)生靜電火花等。19第十九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日半導(dǎo)體安全基本知識(三).機械危害

半導(dǎo)體工藝有使用機械人與自動化操作之相關(guān)工藝設(shè)備有潛在對相關(guān)人員發(fā)生機械危害，例如設(shè)備組件之功能異常與移動部份對人員所發(fā)生之撞擊、切割、夾卷等機械性危害。在半導(dǎo)體生產(chǎn)制造中，雖然經(jīng)常要用到化學(xué)品，有害氣體，這些很可能對人體造成危害，但是像化學(xué)品、有害氣體、輻射等這些在正常情況下都是被有效控制的，按照相應(yīng)的程序文件正常操作，并合理使用PPE(個人防護設(shè)備)條件下不會有安全性問題，只有在意外情況下才可能導(dǎo)致一些傷害。20第二十頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日半導(dǎo)體安全基本知識防護用具：